家用空调压缩机铸铁件热节处缩孔的消除方法

家用空调压缩机铸铁件热节处缩孔的消除方法

何海新

广东顺德三合工业自动化设备股份有限公司广东佛山528300

摘要：家用空调压缩机支架铸铁件热节处容易产生缩孔，内径钻孔后才能发现。通过改进铸件的进水口方向，支架铸件热节处的缩孔单向不良率由5%~10%下降到0.5%左右。结果表明为了消除支架铸件热节处的缩孔，将直浇道直接压在铸件上，补缩效果最为明显。

关键词：工艺；压缩机铸铁件；热节；缩孔

引言

现代家用空调压缩机支架铸铁件的生产多数是使用迪砂垂直造型生产线，支架单重0.5kg~2kg之间，支架的轴径的中心孔都是实心铸出，材质一般都是HT250，珠光体含量≥95%，轴径内部加工研磨后不允许出现肉眼可见的单点疏松。这类铸铁件热节处的疏松、缩孔等不良品需要加工后才能发现，，一旦生产线品质控制不好，将出现批量的废品。

1铸件生产状况

铸件主要采用废钢+增碳剂+回炉铁的合成铸铁方法，由于废钢的种类、产地、表面质量等都影响到铸件的质量，所以工艺设计的品质保障系数必须提高。原迪砂线模具工艺设计采用重力静压浇注，每型铸件浇满后，铸件液态凝固之前，铁水静压力从浇口杯的顶部液面开始计算，每排铸件的静压力分别H1，H2，H3.实际生产过程中，浇口杯的金属液体往往受到浇注员工技能的影响，存在半杯、甚至杯内无金属液的情况。每个模具号各取50件加工，对内径缩孔件进行统计，发现1#~4#模的缩孔不良分别为36%、26%、18%、14%，5#~12#模具号也有合计不良率约占总数的2%，原因是上排铸件静压力最低，影响铸件质量[1]。

2缩孔原因分析

2.1宏观形貌

剖开内径缩孔件的缩孔部分，样品指定观察面明显可见大小不一的宏观孔洞，依孔洞内壁形貌、边缘形态及在样品截面所处位置分析，初步定为残余缩孔。2.2微观形貌将样品检测面制成金相样品，放大100倍后发现缩孔周围以A型石墨为主，用3%的稀硝酸腐蚀后，发现缩孔周围有金属流动的痕迹。将其放大500倍观察发现空洞边缘有明显的脱碳层，经过测量，脱碳层的深度为1.2mm。显微观察表明，孔壁暗影部位石墨类型异常，为E型枝晶状石墨，因其石墨远较附近A型石墨细小，故所在区域较周围致密，导致观察时出现暗影[2]。进一步观察，石墨类型异常区域基体组织中，非金属夹杂物和磷共晶含量较周围略高。分析原因认为是由于铸铁生产中炉衬材料剥落、聚渣剂残留物等由于铁水补缩不足，无法上浮到铸件表面而停留在铸件中，分布在缩孔的周围；对铸造表层观察，可见明显脱碳层，主要原因是由于含碳量低，石墨析出少，缩孔的周围出现了异常的石墨块。通过分析，认为铸件内径热节处的缩孔产生的主要原因有：1）浇注系统工艺设计的静压力不足，造成铸件液态收缩时得不到及时补充而形成缩孔；2）铸件的补缩通道在铸件石墨化膨胀前未提前关闭，造成反补缩，从而使铸件最后凝固的部位形成缩孔。另外可能出现的其他原因如下：（1）冒口补缩不足。（2）冷铁设置不当。（3）内浇口位置不当。（4）砂型紧实度不够。（5）碳、硅含量低，磷含量较高，凝固区间大[3]。

3解决措施

3.1改变浇注系统结构调整铸件静压力

重新设计模具浇注系统，将铸件的静压力分解开，每排铸件的静压力独立，，第二排铸件的压力头和第三排铸件的静压头均为85mm.考虑到第一排铸件受人工浇注技能的影响，设计值为90mm，大于下面两排，只要浇注系统中横浇道有铁水，就能保证第一排铸件的压力足够，即使上排1#~4#铸件出现浇不足的状况，也不会影响到其他铸件。

3.2改变进水口方向提高铸件的自补缩能力

改变铸件的进水口方向，采用压边1.2mm~1.3mm进铁水，角度为60°，直接作用在铸件上，利用铸铁件凝固时的石墨化膨胀实现铸件的自补缩，不必设计冒口，铸件经过冷却滚筒后，浇注系统自动脱离。冒口补缩距离不仅与模数有关，也与铸件截面积有关，一般来说，板厚越大补缩距离越远。端盖上部与热节处由薄壁连接，有多个断面，这样的结构形式在凝固过程中会过早凝固，使补缩通道闭合，并且热节处最后才能凝固，导致冒口在凝固后期不利于对其进行补缩。为了利于顺序凝固，打开补缩通道，铸件壁厚应尽可能均匀，变化不可过于突兀，在变化较大的地方应有一定的过渡面。为了增加冒口的补缩能力，使补缩距离能够到达热节处区域，避免产生严重的缩孔、缩松，对毛坯顶部口颈薄壁处进行补贴[4]。

3.3浇注温度

将浇注温度提高到1360℃。浇注温度较低的情况下，型腔进出口过早封闭，冒口对铸件失去补缩作用，此时铸件产生缩孔、缩松倾向大，只能利用石墨化膨胀进行自补缩。一般认为，在一定程度下，碳当量越高，孕育越充分，石墨析出的越多，自补缩能力也就越好，但石墨化膨胀时间对补缩的效果是至关重要的。若石墨球过早析出，膨胀时间过早不仅对后期的自补缩没效果，并且抵消一部分液体补缩，使缩孔缩松倾向更加严重。为了更好地利用石墨化膨胀，最好在内浇道刚凝固时发生膨胀，因此采用转包孕育和瞬时孕育，增加W（C）和W（Si）的含量，使石墨化膨胀高峰期时间在浇注完成后进行，有利于抑制缺陷的产生[5]。

3.4铸型刚度

石墨膨胀产生的挤压力直接通过相互接触的奥氏体传递到铸型壁上，如果铸型没有较高的刚度，则导致型腔扩大，加剧缩孔、缩松的产生。为了充分利用石墨化膨胀来进行自行补缩，必须提高铸型刚度，经多次生产验证，铸型紧实度高于90B时，有较好的生产效果。

3.5其他原因引起缩孔措施

（1）正确选择铁液化学成分，提高碳当量（以不产生石墨漂浮为度）（2）适当增加孕育量。（3）对于大件，可在冒口处补浇铁液。（4）控制适宜的浇注温度。（5）适当增加冒口尺寸，尽可能采用热冒口。（6）在厚壁处放置冷铁，与冒口配合使用，创造合理的凝固条件。（7）正确选择浇注位置和浇注系统，造成均衡凝固或顺序凝固。（8）提高铸型紧实度以利于铁液石墨化膨胀时，得到自身补缩。生产中需注意的是，缩松和缩孔是一对“孪生兄弟”，没有严格的区分界线，且有时伴随气体形成缩气孔。

3.6应用效果

新的模具浇注系统的实施后，生产铸件近200万件，铸件的内径缩孔不良率仅为0.3%，品质稳定；将这种理念扩展到其他机型，到目前为止，共有近100个机型，每月生产支架2000多吨，约2500万件，支架内径缩孔不良率低于0.5%。

结束语

在一定条件下，模具工艺的设计是影响空调压缩机铸铁件热节处的缩孔的主要原因，通过设计新的模具浇注系统，改变浇注系统结构调整铸件静压力，改变进水口方向提高铸件的自补缩能力，使得支架内径缩孔不良率低于0.5%。

参考文献

[1]杨兴国.铝合金压铸件内部缩孔分析及对策[J].特种铸造及有色合金,2018,38(10):1079-1081.

[2]李宇飞,余振龙,石飞,阮明,王伟,冯志军.挤压铸造工艺对汽车控制臂铸件组织及性能的影响[J].特种铸造及有色合金,2018,38(08):864-866.

[3]马升,魏海东,牛立群,李铁,王旭明,李慧.提升摇臂壳体铸件工艺出品率的Magma模拟研究[J].铸造技术,2018,39(08):1724-1725+1734.

[4]胡清和,岳峰丽,黄勇.基于ProCast的滤清器支架压铸过程数值模拟及工艺优化[J].沈阳理工大学学报,2018,37(04):43-48.

[5]刘鹏飞,赵良.ASTMD1765低合金钢压力铸造的计算机模拟分析及试验验证[J].热加工工艺,2018,47(15):87-90+94.